Nguyên lí và dụng cụ cắt

HỌC TRÌNH 1 NGUYÊN LÝ CHUNG Bài 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ CẮT GỌT ♦♦ I. Đặc điểm và vai trò của gia công cắt gọt : - Cắt gọt kim loại là quá trình công nghệ tạo nên những sản phẩm cơ khí có hình dáng kích thước độ bóng bề mặt … theo yêu cầu kỹ thuật từ một phôi liệu ban đầu nhờ sự cắt bỏ lớp kim loại dưới dạng phoi. - Gia công cắt gọt được thực hiện ở nhiệt độ bình thường của môi trường (cả trước và sau nguyên công nhiệt luyện ). Nó cho độ bóng và độ chính xác cao hơn các phương pháp gia công hàn, đúc, rèn, dập nóng… - Phương pháp gia công bằng cắt gọt chiếm 30% khôi lượng công việc gia công cơ khí và trong tương lai có thể nhiều hơn. II. Những khái niệm và đònh nghiã cơ bản : 1. Chuyển động trong quá trình cắt gọt : - Mỗi một loại máy cắt kim loại có quỹ đạo chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết khác nhau. Người ta phân ra ba loại chuyển động : a> Chuyển động chính : (chuyển động cắt chính) là chuyển động cơ bản của máy cắt được thực hiên qua dụng cụ cắt hay chi tiết gia công. Nó có thể là chuyển động quay, tònh tiến khứ hồi hoặc ở dạng kết hợp … Ví dụ : Khi tiện chuyển động chính là chuyển động quay tròn của phôi gá trên mâm cặp; khi phay, khoan, mài chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao phay, khoan và đá mài; còn khi bào và xọc là chuyển động tònh tiến khứ hồi qua lại và lên xuống của dao… b> Chuyển động chạy dao: là chuyển động của dao hay chi tiết gia công nó kết hợp với chuyển động chính tạo nên quá trình cắt gọt. Chuyển động chạy dao có thể liên tục hay gián đoạn. Chuyển động này thường được thực hiện trong xu hướng vuông góc với chuyển động chính, cụ thể : 2 - Khi tiện, chuyển động chạy dao kà chuyển động ngang – dọc của bàn dao khi cắt: - Khi phay là chuyển động ngang- dọc- đứng của bàn máy mang phôi; - Khi bào là chuyển động ngang (đứng) của bàn máy và chuyển động lên xuống của đầu dao; - Khi mài là chuyển đông tònh tiến ngang (dọc) của bàn máy mang phôi hay trục của đá mài. - Khi khoan là chuyển động ăn xuống của mũi khoan. c> Chuyển động phụ: là chuyển động không trực tiếp tạo ra phoi như chuyển động tònh tiến, lùi dao ( không cắt vào phôi). 2. Chế độ cắt: *Vận tốc cắt (Vc) là lượng dòch chuyển tương đối giữa lưỡi cắt và chi tiết gia công trong một đơn vò thời gian (hoặc lượng dòch chuyển tương đối của một điểm trên bề mặt chi tiết gia công và lưỡi cắt trong một đơn vò thời gian) ta có : Vc = V + S Đa số các trường hợp trò số của vận tốc chuyển đông chay dao S rất nhỏ nên có thể coi vận tốc cắt là vận tốc chuyển động chính V ≈ V. Ví dụ khi tiện ngoài chi tiết đường kính D (mm) số vòng quay trục chính n (vg/ph) thì trò số của tốc độ cắt có thể tính theo công thức: “Khi tiện lỗ thì D là đường kính lỗ sau khi gia công, khi khoan D là đường kính mũi khoan, khi phay D là đường kính dao phay, khi mài D là đường kính của đá mài“. Nếu chuyển động chính là tònh tiến (bào, xọc ) thì trò số vận tốc lấy theo giá trò vận tốc trung bình: Trong đó: L: là chiều dài hành trình chạy dao (mm). n: là số hành trình kép trong một phút . 3 ( ) phm nD V /, 1000 π = ( ) phm nL Vtb /, 1000 2 = *Chiều sâu cắt (t) : là chiều sâu lớp kim loại bò hớt đi sau một lần cắt (hoặc là khoảng cách giữa hai bề mặt đã và chưa gia công kề nhau đo theo phương vuông góc với phương chạy dao). Ví dụ: Khi tiện thì chiều sâu cắt được tính: t = (D – d)/2 (khi tiện ngoài)mm t = (d – D)/2 (khi tiện trong)mm *Lượng chạy dao (S) là quãng đường tương đối của lưỡi cắt so với chi tiết theo phương chuyển động chạy dao sau một đơn vò thời gian, sau một vòng quay của phôi hay sau một hành tình kép. Khi tiện, lượng chạy dao S là lượng dòch chuyển của dao theo phương chạy dao dọc theo bề mặt gia công sao một vòng quay của phôi (mm/vg) Khi bào và xọc lượng chay dao S là lượng dòch chuyển của dao hay bàn máy sau một hành trình kép của bàn máy (hoặc dao) – mm/h.t.kép. Đối với dao nhiều lưỡi cắt như dao phay có thể tính lượng chạy dao sau một răng dao (mm/rg), lượng chạy dao sau một vòng quay của dao (mm/vg), lượng chạy dao sau một phút làm việc của dao (mm/ph). 4 => Tập hợp các yếu tố vận tốc cắt V, chiều sâu cắt t, lượng chạy dao S gọi là chế độ cắt. Mộât chế độ cắt được xác lập trên hệ thống công nghệ bao gồm : Máy – Dao – Đồ gá và Chi tiết gia công. III. Sự hình thành các bề mặt trên chi tiết trong quá trình cắt: Bất kỳ phương pháp gia công nào, quá trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia công cơ (quá trình cắt) đều hình thành trên chi tiết 3 bề mặt có đặc điểm khác nhau. Xét tại một thời điểm nào đó trong quá trình gia công (khi tiện), ba bề mặt trên được phân biệt như sau: 5 +Mặt sẽ gia công: là bề mặt của phôi mà dao sẽ cắt đến theo qui luật chuyển động. Tính chất của bề mặt này là tính chất bề mặt phôi. +Mặt đã gia công: là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua. Tính chất của bề mặt này là phản ánh những kết quả của các hiện tượng cơ lý trong quá trình cắt. +Mặt đang gia công: là bề mặt trên chi tiết mà lưỡi dao đang trực tiếp thực hiện tách phoi. Cũng là mặt nối tiếp giữa mặt đã gia công và mặt sẽ gia công. Trên bề mặt này đang diễn ra các hiện tượng phức tạp. +Vùng cắt : Là phần kim loại cuả chi tiết vừa được tách ra ở gần mũi dao và lưỡi cắt nhưng chưa thoát ra ngoài. Đây là vùng đang xảy ra các quá trình cơ lý phức tạp. IV. Các mặt phẳng cơ bản của dao cắt kim loại: Để xác đònh các góc độ của dao và khảo sát về lực cắt, vận tốc cắt, nhiệt cắt … người ta qui đònh các mặt phẳng toạ độ của dao ( dao tiện). Hệ toạ độ được xác đònh trên cơ sở của ba phương chuyển động cắt ( S, t, V) +Mặt phẳng cơ bản 1 : Được tạo bởi vectơ tốc độ V và vectơ chạy dao S +Mặt phẳng cơ bản 2 : Được tạo bởi vectơ tốc độ V và vectơ chiều sâu cắt t. +Mặt phẳng cơ bản 3 :(còn gọi là mặt đáy) Được tạo bởi vectơ chạy dao S và vectơ chiều sâu cắt t. Là mặt phẳng đi qua một điểm của lưỡi cắt chính và vuông góc với vectơ vận tốc cắt tại điểm đó . Đối với dao có tiết diện là hình lăng trụ thì mặt đáy song song với mặt tỳ của thân dao trên ổ gá dao. +Mặt phẳng cắt là mặt phẳng đi qua một điểm của lưỡi cắt chính và tiếp xúc với mặt đang gia công. Mặt cắt chứa vectơ vận tốc cắt V. Hay mặt phẳng chứa lưỡi cắt chính và vectơ vận tốc cắt mà nó vuông góc với mặt đáy (gọi là mặt phẳng cắt gọt. Tiết diện chính N – N :là mặt phẳng đi qua một điểm của lưỡi cắt chính và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt đáy . Tiết diện phụ N 1 – N 1 :là mặt phẳng đi qua một điểm của lưỡi cắt phụ và vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt đáy. 6 V. Những bộ phận chính của dụng cụ cắt: Dao cắt kim loại giữ vai trò quan trọng trong quá trình gia công, nó trực tiếp tác động vào phôi liệu để tách ra phoi tạo thành bề mặt gia công. Mỗi dao ( điển hình là dao tiện) thường gồm hai phần: 7 *Thân dao: dùng để gá vào bàn dao, nó phải đủ độ bền và độ cứng vững,… Nhằm đảm bảo vò trí tương quan giữa dao và chi tiết. *Đầu dao: là phần làm nhiệm vụ cắt gọt. Đầu dao được hợp thành bởi các bề mặt sau: - Mặt trước(1): là bề của dao tiếp xúc với phoi và phoi trực tiếp trượt trên trên đó và thoát ra ngoài. - Mặt sau chính(2): là bề của dao đối diện với mặt đang gia công. - Mặt sau chính(3): là bề của dao đối diện với mặt đã gia công. - Lưỡi cắt chính: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau chính, nó trực tiếp cắt vào kim loại. Độ dài lưỡi cắt chính có liên quan đến chiều sâu cắt và bề rộng của phoi. - Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau phụ, một phần lưỡi cắt phụ gần mũi dao cũng tham gia cắt với lưỡi cắt chính. - Lưỡi cắt nối tiếp: (chỉ có một số loại dao tiện) là phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ. Khi không có lưỡi cắt nối tiếp dao tiện sẽ có mũi. Mũi dao có thể nhọn hoặc lượng tròn (bán kính mũi dao R = 1 – 2mm). Các lưỡi cắt có thể thẳng hoặc cong và một đầu dao nên có thể có một hoặc hai lưỡi cắt phụ . Một dao có thể có nhiều đầu dao nên có rất nhiều lưỡi cắt. Tuỳ theo số lượng của lưỡi cắt chính, người ta chia ra : +Dao một lưỡi cắt : dao tiện, dao bào… +Dao hai lưỡi cắt : mũi khoan +Dao nhiều lưỡi cắt : dao phay, dao doa, dao cưa… +Dao có vô số lưỡi cắt là đá mài, (mỗi hạt mài có vai trò như một lưỡi cắt) VI. Thông số hình học của dao ở trạng thái tónh (dao tiện): 8 Để đảm bảo năng suất – chất lượng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng và góc độ hợp lý. Thông số hình học của dao được xét ở trạng thái tónh (khi dao chưa làm việc). Góc độ của dao được xét trên cơ sở : dao tiện đầu thẳng đặt vuông góc với phương chạy dao, mũi dao được gá ngang tâm phôi. Các thông số hình học của dao nhằm xác đònh vò trí các góc độ của dao nằm trên đầu dao. Những thông số này được xác đònh ở tiết diện chính N – N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N 1 – N 1 và trên mặt phẳng cắt gọt. +Góc trước γ : là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính N – N Góc trước có giá trò dương khi mặt trước thấp hơn mặt đáy tính từ mũi dao, có giá trò âm khi mặt trước cao hơn mặt đáy và bằng không khi mặt trước song song với mặt đáy. Khi góc trước lớn biến dạng phoi nhỏ, việc thoát phoi dễ dàng, lực cắt và công tiêu hao giảm, năng suất tăng. +Góc sau chính α : là góc tạo thành giữa mặt sau và mặt phẳng cắt gọt đo trong tiết diện chính. Góc sau thường có giá trò dương. Góc sau càng lớn mặt sau ít bò ma sát vào bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt gia công càng tốt. +Góc cắt δ : là góc tạo bởi giữa mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện chính +Góc sắc β : là góc được tạo bởi mặt trước và mặt sau chính đo trong tiết diện chính ta có quan hệ : α + β + γ =90 o ; δ = α + β 9 +Góc trước phụ γ 1 : tương tự như góc trước, nhưng đo trong tiết diện phụ N – N, +Góc sau phụ α 1 : tương tự như góc sau , nhưng đo trong tiết diện phụ N – N +Góc mũi dao ε : là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi cắt chính và hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt phẳng đáy. +Góc nghiêng chính ϕ : là góc của hình chiếu lưỡi cắt chính với phương chạy dao đo trong mặt đáy. +Góc nghiêng phụ ϕ 1 : là góc của hình chiếu lưỡi cắt phụ với phương chạy dao đo trong mặt đáy. Ta có : ϕ + ε + ϕ 1 =180 o +Góc nâng của lưỡi cắt chínhλ : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và hình chiếu của nó trên mặt đáy. λ Có giá trò dương, khi mũi dao là điểm thấp nhất của lưỡi cắt . λ Có giá trò âm, khi mũi dao là điểm cao nhất của lưỡi cắt. λ = 0 Khi lưỡi cắt nằm ngang ( song song với mặt đáy). Các đònh nghóa trên cũng đúng cho các loại dao khác. VII. Thông số hình học của dao trong quá trình cắt: 1. Sự thay đổi giá trò các góc ϕ và ϕ 1 khi gá trục dụng cụ cắt không thẳng góc với đường tâm chi tiết: Dụng cụ sau khi mài sắc có các góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ Nếu khi gá dao, trục dao không vuông góc với đường tâm thì: +Nếu gá dao nghiêng về bên trái: *Góc nghiêng chính khi làm việc ϕ c = ϕ - (90 0 -τ) *Góc nghiêng phụ khi làm việc ϕ 1c = ϕ 1 + (90 0 -τ) +Nếu gá dao nghiêng về bên phải: *Góc nghiêng chính khi làm việc ϕ c = ϕ + (90 0 -τ) 10 *Góc nghiêng phụ khi làm việc ϕ 1c = ϕ 1 - (90 0 -τ) 2.Sự thay đổi giá trò các góc khi mũi dao gá không ngang tâm máy : Cao hơn tâm (tiện ngoài) Thấp hơn tâm (tiện ngoài) Gá cao hơn tâm (tiện trong) 11 [...]... thân dụng cụ để khi gia công không có rung động - Mài sắc hợp lý và từ từ bằng đá mài sẳn Cácbít Silíc hoặc đá mài kim cương *Đối với máy công cụ: -Máy có độ cứng vững tốt không rung động ở tốc độ cắt cao và lực cắt lớn đảo bảo kẹp chặt tốt dụng cụ và chi tiết -Kiểm tra công suất cắt và công suất máy để tránh quá tải 5 Vật liệu gốm: Vật liệu gốm được nghiên cứu từ nhưng năn1930 và đưa vào sử dụng sau... tạp: mũi doa, ta rô, dao chuốt và các loại dụng cụ đo… Thép hợp kim dụng cụ nhóm IV có hàm lượng Vonfram lớn, hạt mòn nênđộ cứng cao, tuy nhiên độ độ thâm tôi thấp dùng để chế tạop6 các loại dụng cụ cắt cần có lưỡi cắt sắc bén Tuổi bền cao và để gia công các loại vật liệu cứng Nhìn chung, thép hop75 kim dụng cụ chủ yếu được dùng dùng để chế tạo các laọi dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp 3 Thép... làm dụng cụ cắt phải dể chế tạo: dễ rèn, cán, dễ tạo hình bằng cắt gọt, có tính thấm tôi cao, dễ nhiệt luyện… Ngoài các yêu cầu chủ yếu nêu trên, vật liệu làm phần cắt dụng cụ phải có tính dẫn nhiệt tốt, độ dai chống va đập cao và giá thành rẻ III.Các loại vật liệu làm dao: Để làm phần cắt dụng cụ, người ta có thể dùng các loại dụng cụ khác nhau tuỳ thuộc váo tính cơ lý của vật liệu cần gia công và. .. Thép hợp kim dụng cụ nhóm I thường dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng cụ dùng để gia công gỗ Thép hợp kim dụng cụ nhóm II do có lượng Crôm lớn ( 1 – 1.5 %) nên có tính thấm tôi và cắt gọt tốt hơn Loại này chòu nhiệt khoảng 220 – 300oC Thép hợp kim dụng cụ nhóm III có độ thám tôi cao, iýt thay đổi kích thước khi nhiệt luyện, nên thường chế tạo các loại dụng cụ cắt có độ chính xác cao và hình dáng... thể cắt được, vật liệu làm dao phần cắt dụng cụ phải có độ cứng cao hơn (60 – 65HRC) b.Độ bền cơ học: Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt : tải trọng lớn không ổn đònh, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động… Dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ sứt mẻ Do đó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có độ bền cơ học (sức bền uốn, kéo, nén, va đập…) càng cao càng tốt c.Tính chòu nóng: Ở vùng cắt, ... tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công dụng cụ và chi tiết gia công, do kim loại bò biến dạng, ma sát…nên nhiệt độ rất cao (700 – 800 oC), có khi đạt đến hàng ngàn độ (khi mài) Ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bò thay đổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tính năng cắt giảm xuống Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ cần có tính chòu nóng cao nghóa là vẫn giữ được tính cắt ở nhiệt... tính cơ lý của vật liệu cần gia công và diều kiện sản xuất cụ thể Dưới đây lần lượt giới thiệu làm phần cắt dụng cụ theo sự phát triển và sự hoàn thiện về khả năng làm việc của chúng Năm Vật liệu dụng cụ Ve,m/ph 1894 Thép Cacbon dụng cụ Thép hợp kim dụng cụ Thép gió Thép cải tiến Thép gió(tăng Co và WC) Hợp kim cứng Cácbitvonfram Hợp kim cứngWC và TiC Kim cương nhân tạo Gốm Nitrit Bo 5 1900 1900 1908... b là chiều dài phần lưỡi đang tham gia cắt, còn nếu lưỡi cắt cong chiều rộng cắt b là chiều dài cung cong của lưỡi cắt đang tham gia cắt Thông số hình học của phoi có ảnh hưởng đến lực cắt và nhiệt cắt Khi tăng a thì lực cắt và nhiệt cắt tăng, dao bò mòn nhanh còn khi tăng b thì lực cắt và nhiệt cắt trên đơn vò dài của lưỡi cắt không thay đổi Trường hợp tiện (dao gá ngang tâm phôi, dao có γ =0, λ=0... nhỏ * Ứng dụng: - Gia công tinh thép tôi có HRC ≈ 39 – 66, và gang HKC, đặc biệt là thép gió 28 Bài 3 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA QUÁ TRÌNH CẮT GỌT ♦♦ I Quá trình hình thành phoi cắt : Khi cắt lưỡi cắt của dao tác dụng vào kim loại một lực ( lực cắt ), nó gây ra một sự thay đổi cơ lý tại vùng cắt của vật liệu - Đầu tiên dưới tác dụng của lực P kim loại bò nén và biến dạng đàn hồi -Dao tiến sâu vào ( lực... bò cắt : 16 * Chiều dày cắt a: là khoảng cách giữa hai vò trí liên tiếp của lưỡi cắt sau một vòng quay của phôi hay một hành trình kép của dao (bàn máy) đo theo phương thẳng góc với chiều rộng cắt * Chiều rộng cắt b: là khoảng cách giữa hai bề mặt chưa gia công và bề mặt đã gia công đo dọc theo lưỡi cắt (tính bằng mm) Nếu lưỡi cắt thẳng thì b là chiều dài phần lưỡi đang tham gia cắt, còn nếu lưỡi cắt . lực cắt và nhiệt cắt. Khi tăng a thì lực cắt và nhiệt cắt tăng, dao bò mòn nhanh còn khi tăng b thì lực cắt và nhiệt cắt trên đơn vò dài của lưỡi cắt không. Lưỡi cắt chính: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau chính, nó trực tiếp cắt vào kim loại. Độ dài lưỡi cắt chính có liên quan đến chiều sâu cắt và bề